Экология Лекция 2 из 9
Модуль: Базовый 1 Организмы и окружающая среда Лекция 2. Экология сообществ
План лекции 1. Основные экологические уровни 2. Биотические взаимоотношения в сообществах 3. Первичные и вторичные сукцессии 4. Климаксные сообщества 5. Основные особенности сукцессий
Пять экологических уровней Объект изучения экологии - взаимодействие пяти уровней организации материи: • Живой организм – любая форма жизнедеятельности. • Популяция – группа организмов одного вида, проживающих в определенном районе (местообитании): например, все окуни в пруду; все белки в лесах Красноярского края; население в отдельной стране или население Земли в целом. • Вид – совокупность популяций особей, представители которых фактически или потенциально скрещиваются в естественных условиях. • Экосистема – совокупность сообществ, взаимодействующих с химическими и физическими факторами неживой окружающей среды. • Экотон – переходная область между двумя смежными экосистемами. • Экосфера – совокупность живых и неживых организмов (биосфера), обменивающихся веществом и энергией друг с другом и с неживой средой обитания в планетарном масштабе.
Сообщество Определение совокупность взаимодействующих популяций, занимающих определённую территорию Характеристика Функционирует как динамическая единица с различными трофическими уровнями: через него проходит поток энергии, в нём совершается круговорот питательных веществ
Взаимоотношения в сообществах Эти формы биологических связей между видами служат регуляторами численности животных и растений в сообществе, определяя его устойчивость. Источник: http: //ekol-ush. narod. ru/01. htm
Симбиоз - сожительство (греч. сим вместе, биос - жизнь) форма взаимоотношений, выгодных хотя бы одному из симбионтов Виды симбиоза: мутуализм протокооперация комменсализм
Виды симбиоза • Мутуализм Сосуществование выгодно и обязательно Пример: Термиты и бактерии-энтеросимбионты. Термиты питаются древесиной, не имея ферментов для переваривания целлюлозы. Жгутиковые вырабатывают такие ферменты и переводят клетчатку в сахара. Без своих симбионтов термиты погибают от голода, а жгутиковые получают благоприятный микроклимат, пищу и условия для размножения. • Протокооперация Сосуществование выгодно, но не обязательно Пример: 1. Мелкие рыбки семейства губановых и крупные хищные мурены. Рыбы-чистильщики освобождают крупных рыб от наружных паразитов на коже, в жаберной и ротовой полостях. Мурены, страдающие от паразитов, приплывают в места обитания губанов и дают им возможность уничтожать паразитов даже у себя во рту, хотя могли бы с легкостью их проглотить. 2. Шпорцевый чибис и крокодилы
Комменсализм квартиранство форма симбиоза, выгодная одному и не вредящая другому один вид использует тело или жилище организма другого вида в качестве надёжного убежища и/или хранилища икры (молоди). Пример: Пресноводный горчак откладывает икру в мантийную полость двухстворчатых моллюсков беззубок. Отложенные икринки развиваются в идеальных условиях снабжения чистой водой. сотрапезничество разные виды потребляют разные части одного и того же ресурса один вид потребляет остатки пищи другого. нахлебничество Пример: рыбы-прилипалы и акулами или китообразные в субтропических морях. Передний спинной плавник прилипалы преобразовался в присоску, с помощью которой та прочно удерживается на поверхности тела крупной рыбы. Биологический смысл прикрепления прилипал - облегчение их передвижения и расселения.
Нейтрализм • • Обитающие на одной территории организмы непосредственно не связаны и не влияют друг на друга. Пример: белки и лось в одном лесу
Антибиоз взаимное отрицательное влияние аменсализм хищничество конкуренция паразитизм
Аменсализм • Один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы. • Пример: светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, но сами не влияют на дерево. •
Хищничество • Организмы одного вида питаются представителями другого. • Хищничество широко распространено в природе как среди животных, так и среди растений. • Пример: насекомоядные растения. Drosera rotundifolia Dionaea muscipula
Конкуренция соперничество за ресурсы Внутривидовая Соперничество между особями одного и того же вида важный фактор саморегулирования популяции. Примеры: самцы оленей в период размножения вступают в прямую борьбу за возможность обзавестись семьей; птицы одного вида конкурируют из-за места гнездования. Межвидовая Соперничество между особями разных видов. Примеры: волки и лисы охотятся на зайцев. В непосредственную борьбу друг с другом не вступают, но успех одного означает неуспех другого.
Паразитизм • представители одного вида используют питательные вещества или ткани особей другого вида, а также его самого в качестве временного или постоянного местообитания. • • Пример: миноги нападают на треску, лососей, корюшку, осетров и других крупных рыб и даже на китов. Присосавшись к жертве, минога питается соками ее тела в течение нескольких дней, даже недель. Многие рыбы погибают от нанесенных ею многочисленных ран. • • •
Динамика сообщества • Структура сообщества формируется медленно • Пример: заселение организмами открытой горной породы на недавно образовавшемся вулканическом острове, или бывшем ледниковом ложе. Деревья и кустарники не могут расти на оголённых скалах в отсутствие почвы •
Пионерные сообщества Водоросли и лишайники разными способами заселяют такие территории, образуя пионерные сообщества. Постепенное накопление отмерших и разлагающихся организмов и эрозия горной породы в результате выветривания приводят к формированию слоя почвы, достаточного для поселения более крупных растений - мхов и папоротников. • • • Пионерная группировка может быть чистой (одновидовой) или смешанной (многовидовой) – на том же склоне, на других участках. Если условия среды быстро меняются в сторону суровости (грунт высыхает, засоляется и пр. ), то смешанная пионерная группировка обедняется и может перейти в чистую. Простая группировка – следующая стадия развития фитоценоза, здесь растения не смыкаются, но расположены теснее, чем в пионерной. Ленец китайский в пионерной группировке
Экологическая сукцессия и климаксное сообщество • За пионерными сообществами последуют еще более крупные и требовательные к питательным веществам семенные растения (травы, кустарники и деревья) • Такая смена одних видов другими за некоторый период времени называется экологической сукцессией. завершающее сукцессию, самовозобновляющееся, находящееся в равновесии со средой. В животном мире этих сообществ тоже происходит смена одних видов другими. Этот процесс в большой мере обусловлен сменой растительности, а также тем, какие животные могут мигрировать из соседних сообществ. Климаксное сообщество
Первичные и вторичные сукцессии • • Первичная: заселение природной поверхности, изначально лишенной почвы Вторичная: заселение природной поверхности, ранее покрытой растительностью и имеющей органический слой. Это лесные вырубки, выгоревшие участки, заброшенные сельскохозяйственные угодья. • Здесь в почве могут сохраняться семена, споры, корневища, способные к вегетативному размножению и которые будут влиять на сукцессию. • При обеих сукцессиях флора и фауна окружающих территорий главный фактор, определяющий типы растений и животных, включающихся в сукцессию (случайное расселение, миграции).
Антропогенная сукцессия • В пригородной зоне (г. Уссурийск) в связи со строительством ТЭЦ и картонного комбината под застройку были отведены дачные угодья на низком участке в долине реки. • Грунт для строительства добывали на близлежащем склоне, ранее занятом дубовым редколесьем с подлеском из лещины и разнотравно-осоковым ярусом. • Во время разработки карьера растительный покров и почвы на склоне уничтожили полностью. • Формирование облепиховых зарослей обусловлено одновременным сочетанием трех условий: 1 – отсутствие конкурентов по эконише; 2 – наличие на бывших дачных участках источников семян – плодоносящих куртин облепихи, 3 – обитание в данном районе птиц, питающихся ягодами облепихи.
Полная сукцессия называется серией Серию образует ряд сериальных сообществ (сериальных стадий) В сходных условиях среды серии представлены сходными сукцессиями: Гидросерия развивается в водной среде, Галосерия – на засолённых участках.
Фре дерик Кле ментс – автор теории сукцессии Американский эколог растений В 1917– 1941 гг. руководил экологическими исследованиями в Институте Карнеги в Вашингтоне, изучал сообщества в Северной Америке Обосновал концепции: биоценоза как пространственно дискретной совокупности взаимосвязанных организмов в пределах более или менее однородного биотопа. динамики растительных сукцессий: состав и структура сообществ проходят все фазы последовательного развития и достигают состояния равновесия - климакса, когда устанавливается энергетическое соответствие сообщества с климатом данного района. Frederic Edward Clements (1874 – 1945) Ввел термины: «биом» (1916) - совокупность растений и животных «экотон» (1936) - относительно резкая переходная зона между сообществами
Климаксные сообщества • • По Ф. Клементсу, , главный фактор , определяющий состав КС – это климат (многолетний статистический режим погоды, характерный для данной местности в силу её географии) В данных климатических условиях может существовать только одно климаксное сообщество (концепция моноклимакса) Перерыв в движении к климаксу могут вызвать локальные условия (рельеф, погода, землепользование), но в конце концов климатические факторы окажутся сильнее всего и обеспечат формирование «теоретического» климаксного сообщества. Например, горы и холмы будут постепенно разрушаться, что вызовет закономерное изменение в структуре сообществ. • Более современной является концепция поликлимакса, по которой в ряду многих физических факторов могут доминировать сразу несколько из них (дренаж, почва, топография, пожары). • Поэтому сообщество считается «настоящим климаксным» , если оно устойчиво длительный период времени по сравнению с теоретически необходимым до завершения сериального цикла.
Зональное распределение • • В любое данное время виды внутри сообщества могут быть пространственно распределены в соответствии с различиями физический среды. Это называется зональным распределением. Пример – распределение морских водорослей и животных на скалистых берегах в зонах отлива-прилива и попадания брызг, или вертикальная зональность в горах. Зональное распределение сходно с сукцессией ТОЛЬКО ВНЕШНЕ. Основное различие между ними: при зональном распределении виды сменяются в пространстве, а в сукцессиях – во времени.
Основные особенности сукцессий Их необходимо знать, чтобы понять основной принцип, предопределяющий развитие сукцессии по направлению к климаксу • Экологическое доминирование • Климаксные сообщества имеют доминантный вид или несколько кодоминантных видов • Продуктивность и биомасса
Экологическое доминирование • Сукцессия всегда идёт по направлению к климаксу, где доминирует один или несколько видов-кодоминантов (например, дубрава, дубово-ясеневый лес. ) • Однако так бывает не всегда: • В сообществах планктона – великое видовое разнообразие , • В тропических дождевых лесах можно найти несколько сотен видов деревьев примерно в равной численности.
Сукцессия и продуктивность • • • Ferdinand von Lindemann (1952 -1939) В 1942 г. математик Карл Линдеман высказал предположение, что сукцессия сопровождается повышением продуктивности вплоть до климаксного сообщества, в котором превращение энергии наиболее эффективно. Гипотеза привлекла внимание, т. к. поток энергии через экосистему – один из ключевых факторов, лимитирующих численность и биомассу организмов. Современный взгляд: на поздних стадиях сукцессий продуктивность действительно возрастает, однако при переходе к климаксному сообществу происходит снижение общей продуктивности.
Падение продуктивности • • • Т. о. , продуктивность старого леса ниже, чем молодого, а молодого – ниже, чем многоярусного травостоя. Некоторые причины: НАКОПЛЕНИЕ питательных веществ в растущей биомассе леса на корню снижает их круговорот; жизнеспособность особей уменьшается по мере их старения. Аналогичное изменение продуктивности наблюдают в водных экосистемах.
Сукцессии ведут к максимальному накоплению биомассы, а не к максимальной продуктивности • • Это особенно заметно в лесных сообществах: по мере сукцессии деревья всё крупнее. Верхний предел накопления биомассы достигается тогда, когда общие потери на дыхание сравниваются с первичной продуктивностью. (одна из основных особенностей сукцессий) • Всё большая доля доступных питательных веществ накапливается в биомассе, соответственно снижается их содержание в абиотическом компоненте экосистемы. • Возрастает количество детрита, и первичными консументами становятся не травоядные, а детритофаги. • Соответствующие изменения произойдут и в трофических сетях.
Задание для самостоятельной работы Охарактеризовать взаимодействие между сообществами организмов и абиотической средой на примере сукцессии песчаных дюн. Источник: Грин Н. , Стаут У. , Тейлор Д. Биология. Т. II. Глава 12. Организмы и окружающая среда. С. 112.
Вопросы для самостоятельной работы Вопрос 1 Различается ли скорость сукцессии на ранних и поздних стадиях ? Вопрос 2 Какие абиотические факторы определяют число и разнообразие видов в сообществах на определённой территории? Вопрос 3 Каким образом могут изменяться под кронами группы деревьев следующие условия: ) свет; б) температура; в) ветер; д) влажность?
Скачать презентацию Экология Лекция 2 из 9 Модуль Базовый
Экология Лек 2 Модуль 1 Экология сообществ.ppt